Какие частицы определяют химические свойства атома. Мир прекрасен

Атом, за 5 минуты то что изучают месяцами!

Какие частицы определяют химические свойства атома. Мир прекрасен

О существовании атома, как и о том, что мир состоит из мельчайших частиц, двигающихся в пространстве, знали еще Древние Греки в IV веке до н.э. Спасибо за это древнегреческому философу Демокриту. Но они не имели понятия, как выглядят эти частицы.

Благодаря современным технологиям и большому количеству опытов у нас родилось представление об атоме. Теперь мы знаем его строение, состав, его разные химические и физические свойства и многое другое. И так, разберемся, что же такое атом.

Для начала вспомним периодическую таблицу Менделеева. Все ее прекрасно знают из курса химии в школе.Каждый элемент в этой таблице это и есть атом из которых и строятся все известные вещества которые окружают нас.

Спасибо Дмитрию Ивановичу за то, что он упорядочил их для нашего удобства.

Атом, в переводе с греческого это неделимый. Данное определение не является верным, так как атом можно разделить на составляющие.

В моем понимании:

Атом – это мельчайшая частица вещества, которая определяет его химические и физические свойства.

Согласен, определение на первый взгляд кажется запутанным. Нам поможет во всем разобраться строение атома.

Перед нами модель атома, предложенная датским физиком Нильсоном Бором. Она имеет название планетарная модель атома, так как по своему строению она схожа на строение солнечной системы. В простом представлении атом состоит из трех частиц:

– в ядре

1) протоны

2) нейтроны

– не в ядре

3) электроны

Начнем с центра модели.

В центре атома у нас находиться ядро, в нем сконцентрирована почти вся масса атома 99,9%.

Ядро по сравнению с самим атомом очень мало. Ядро в 10000 раз меньше атома. Если представить атом размерами с нашу планету, то ядро было бы всего 60 метров в диаметре, в половину футбольного поля.

Внутри ядра находится разное количество протонови нейтронов, обобщенно их называют нуклоны.

Протоны заряжены положительно (заряд +1), нейтроны электронейтральны (заряд 0).

Эти протоны и нейтроны внутри ядра связывают огромные силы, называемые ядерными силами. Сразу на ум приходит ядерная энергетик, ядерный реактор, ядерная бомба. Это верное предположение, так как все эти процессы происходят благодаря ядерным силам! Но не будем забегать вперед… С ядром закончили.

Далее

Вокруг ядра, мы видим, по орбитам вращаются электроны, отрицательно заряженные частицы (заряд -1).

Атом электрически нейтрален. Так как количество протонов равно количеству электронов в нем (в основном состоянии атома).

Добавим характеристик в наши изученные частицы:

– в ядре

1) протоны. Имеют заряд +1

2) нейтроны. Не имеют заряда

– не в ядре

3) электроны. Имеют заряд -1

Как уже можно догадаться, ядро атома концентрирует в себе положительный заряд, а по орбитам атома распределен отрицательный.

Мы знаем, что заряженные тела могут взаимодействовать между собой (притягиваться или отталкиваться) в зависимости от расстояния между этими телами, количества заряда этих тел, и какой они имеют заряд (положительный или отрицательный).

Так же и с атомами. Количество протонов и электронов в атоме определяет как атом будет взаимодействовать с другим атомом (связываться в молекулу, отталкиваться и не взаимодействовать). А взаимодействие атомов это уже химические свойства. То есть, количество протонов или электронов в атоме определяет его химические свойства.

Теперь разберемся с физикой.

Чем больше масса тела, тем физическая способность у него больше. То есть оно окажет большее воздействие при физическом контакте с другими телами.

Так же и с атомами. Чем больше масса атома, тем больше его физическая способность, то есть физические свойства. А 99,9% массы атома находиться в ядре, то есть зависит от количества протонов и нейтронов (массы протонов и нейтронов практически равны). Исходя из вышеперечисленного делаем вывод, что количество протонов и нейтронов в атоме определяет его физические свойства.

Добавим характеристик в наши частицы еще пару свойств:

Количество протонов и нейтронов. Определяют физические свойства атомов.

Количество электронов или количество протонов (что одно и тоже) определяют химические свойства.

Вспомним определение: Атом – это мельчайшая частица вещества, которая определяет его химические и физические свойства.

Все встало на свои места. Теперь это определение не кажется таким уж непонятным.

Возникает логичный вопрос: Зачем это вообще нужно? Зачемнужны эти химические и физические свойства атомов?

Согласен, зачем вообще нужны знания, если я не могу их использовать.

Тема использования этих явлений тянет на отдельную статью. Поэтому здесь я не буду разбирать этот вопрос. Скажу только что знание физических и химических свойств различных атомов позволяет нам предсказывать что будет если один раствор смешить с другим и это не приведет к новым катастрофам.

Эту статью я написал для того что бы рассказать вам что наш мир состоит из атомов, и даже мы с вами состоим из этих мельчайших частиц. Посмотрите вокруг… потом на себя… все состоит из маленьких “шариков”.

Источник: https://zen.yandex.ru/media/id/5acca11c61049385b65f5f23/5aedd61f9e29a23794d934a4

§ 1. Атом — сложная частица

Какие частицы определяют химические свойства атома. Мир прекрасен

Понятие «атом» пришло к нам из далекой античности, но совершенно изменило тот первоначальный смысл, который вкладывали в него древние греки (в переводе с греческого «атом» означает «неделимый»). Этимология названия «неделимый» отражает сущность атома с точностью до наоборот. Атом делим и состоит из элементарных частиц.

Сложность строения атома доказана фундаментальными открытиями, сделанными в конце XIX и начале XX в. в результате изучения природы катодных лучей (Дж. Томсон, 1897 г.), открытия явления фотоэффекта (А. Г. Столетов, 1889 г.

), открытия радиоактивности химических элементов (А. Беккерель, М. Склодовская-Кюри, 1896—1899 гг.), определения природы α-частиц (эксперименты Э. Резерфорда, 1889—1900 гг.).

Ученые пришли к заключению о том, что атомы обладают собственной структурой, имеют сложное строение.

Как же развивалась классическая теория строения атома?

В 1904 г. в работе «О структуре атома» Дж. Томсон дал описание своей модели, получившей образное название «сливового пудинга».

В 1911 г. Э. Резерфорд предложил планетарную модель атома.

В 1913 г. Н. Бор внес в планетарную модель атома Э. Резерфорда квантовые представления.

В 1932 г. была разработана протонно-нейтронная теория ядра, согласно которой ядра атомов состоят из протонов и нейтронов.

Атом — электронейтральная система взаимодействующих элементарных частиц, состоящая из ядра (образованного протонами и нейтронами) и электронов.

Электроны, протоны и нейтроны называют элементарными частицами.

Каковы же свойства этих частиц?

Корпускулярно-волновые свойства микромира.

Элементарные частицы, а также построенные из них атомные ядра, атомы и молекулы имеют ничтожно малые массы и размеры и поэтому обладают своими особыми свойствами, непохожими на те, которые имеют объекты окружающего нас макромира.

Они образуют свой, специфический мир — микромир, описываемый законами квантовой механики, которые в значительной степени применимы для частиц с очень маленькими массами и очень большими скоростями.

Квантовая механика характеризует частицы микромира как объекты с двойственной природой — корпускулярно-волновым дуализмом: они являются одновременно и частицами (корпускулами), и волнами.

Корпускулярно-волновой дуализм объектов микромира подтвержден и экспериментально знакомыми вам из курса физики интерференцией и дифракцией электронов, протонов, нейтронов, атомов и т. д.

Электрон — частица, определяющая наиболее характерные химические свойства атомов и молекул. Двойственная природа электрона может быть подтверждена на опыте.

Если электроны, испускаемые источником — катодом — пропускать через маленькие отверстия в пластинке, поставленной на их пути, то они, попадая на фотопластинку, вызывают ее почернение.

После проявления фотопластинки на ней можно увидеть совокупность чередующихся светлых и темных колец, т. е. дифракционную картину (рис. 1).

Рис. 1.
Электронограммы газов (слева) и кристаллов (справа). Центральное пятно обусловлено нерассеянным пучком электронов, а кольца — электронами, рассеянными под разными углами

Дифракционная картина включает в себя как дифракцию — огибание волной препятствия, так и интерференцию, т. е. наложение волн друг на друга.

Эти явления доказывают наличие у электрона волновых свойств, так как только волны способны огибать препятствия и налагаться друг на друга в местах их встречи.

Однако, попадая на фотослой, электрон дает почернение лишь в одном месте, что свидетельствует о наличии у него корпускулярных свойств. Будь он только волной, он более или менее равномерно засвечивал бы всю пластинку.

Вследствие дифракции электрон, пройдя отверстие, может в принципе попасть в любую точку фотопластинки, но с разной вероятностью, т. е.

можно говорить о вероятности обнаружения электрона в той или иной области фотослоя, а в общем случае — в той или иной области пространства.

Поэтому движение электрона и в атоме нельзя рассматривать как движение точечного заряда по строго определенной замкнутой траектории.

Вопросы и задания к § 1

  1. Назовите те явления, которые прямо или косвенно доказывают, что атом — сложная частица.
  2. Как развивалась классическая теория строения атома? Какие модели атомов вам известны? В чем их суть? В чем — недостатки?
  3. Приведите примеры явлений, доказывающих двойственную (дуалистическую) природу частиц микромира.
  4. В чем отличие объектов микро- и макромира?
  5. Под элементарными (наименьшими) частицами понимают неделимые частицы. Как такое допущение соответствует утверждению физиков о том, что элементарная атомная частица — электрон — делима? Кстати, именно открытие делимости электрона было удостоено Нобелевской премии в 1998 г.

Источник: http://tepka.ru/himiya_11/1.html

Строение атома

Какие частицы определяют химические свойства атома. Мир прекрасен

Темы кодификатора ЕГЭ: Строение электронных оболочек атомов элементов первых четырех периодов: s-, p- и d-элементы. Электронная конфигурация атомов и ионов. Основное и возбужденное состояние атомов.

Тренировочные тесты в формате ЕГЭ по теме «Строение атома» (задание 1 ЕГЭ по химии) ( с ответами)

Одну из первых моделей строения атома — «пудинговую модель» — разработал Д.Д. Томсон в 1904 году. Томсон открыл существование электронов, за что и получил Нобелевскую премию. Однако наука на тот момент не могла объяснить существование этих самых электронов в пространстве.

Томсон предположил, что атом состоит из отрицательных электронов, помещенных в равномерно заряженный положительно «суп», который компенсирует заряд электронов (еще одна аналогия — изюм в пудинге). Модель, конечно, оригинальная, но неверная.

Зато модель Томсона стала отличным стартом для дальнейших работ в этой области.

И дальнейшая работа оказалась эффективной. Ученик Томсона, Эрнест Резерфорд, на основании опытов по рассеянию альфа-частиц на золотой фольге предложил новую, планетарную модель строения атома.

Согласно модели Резерфорда, атом состоит из массивного, положительно заряженного ядра и частиц с небольшой массой — электронов, которые, как планеты вокруг Солнца, летают вокруг ядра, и на него не падают.

Модель Резерфорда оказалась следующим шагом в изучении строения атома. Однако современная наука использует более совершенную модель, предложенную Нильсом Бором в 1913 году. На ней мы и остановимся подробнее.

Атом — это мельчайшая, электронейтральная, химически неделимая частица вещества, состоящая из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженной электронной оболочки.

При этом электроны двигаются не по определенной орбите, как предполагал Резерфорд, а довольно хаотично. Совокупность электронов, которые двигаются вокруг ядра, называется электронной оболочкой.

Атомное ядро, как доказал Резерфорд — массивное и положительно заряженное, расположено в центральной части атома. Структура ядра довольно сложна, и изучается в ядерной физике. Основные частицы, из которых оно состоит — протоны и нейтроны. Они связаны ядерными силами (сильное взаимодействие).

Рассмотрим основные характеристики протонов, нейтронов и электронов:

ПротонНейтронЭлектрон
Масса1,00728 а.е.м.1,00867 а.е.м.1/1960 а.е.м.
Заряд+ 1 элементарный заряд0— 1 элементарный заряд

1 а.е.м. (атомная единица массы) = 1,66054·10-27 кг

1 элементарный заряд = 1,60219·10-19 Кл

И — самое главное.

Периодическая система химических элементов, структурированная Дмитрием Ивановичем Менделеевым, подчиняется простой и понятной логике: номер атома — это число протонов в ядре этого атома.

Причем ни о каких протонах Дмитрий Иванович в XIX веке не слышал. Тем гениальнее его открытие и способности, и научное чутье, которое позволило перешагнуть на полтора столетия вперёд  в науке.

Следовательно, заряд ядра Z равен числу протонов, т.е. номеру атома в Периодической системе химических элементов. 

Атом — это на заряженная частица, следовательно, число протонов равно числу электронов: Ne = Np = Z.

Масса атома (массовое число A) равна суммарной массе крупных частиц, которе входят в состав атома — протонов и нейтронов. Поскольку масса протона и нетрона примерно равна 1 атомной единице массы, можно использовать формулу: M = Np + Nn

Массовое число указано в Периодической системе химических элементов в ячейке каждого элемента.

Обратите внимание!При решении задач ЕГЭ массовое число всех атомов, кроме хлора, округляется до целого по правилам математики. Массовое число атома хлора в ЕГЭ принято считать равным 35,5.

Таким образом, рассчитать число нейтронов в атоме можно, вычтя из массового числа номер атома: Nn = M – Z.

В Периодической системе собраны химические элементы — атомы с одинаковым зарядом ядра. Однако, может ли меняться у этих атомов число остальных частиц? Вполне. Например, атомы с разным числом нейтронов называют изотопами данного химического элемента. У одного и того же элемента может быть несколько изотопов.

Попробуйте ответить на вопросы. Ответы на них — в конце статьи:

  1. У изотопов одного элемента массовое число одинаковое или разное?
  2. У изотопов одно элемента число протонов одинаковое или разное?

Химические свойства атомов определяются строением электронной оболочки и зарядом ядра. Таким образом, химические свойства изотопов одного элемента практически не отличаются.

Поскольку атомы одного элемента могут существовать в форме разных изотопов, в названии часто указывается массовое число, например, хлор-35, и принята такая форма записи атомов:

Еще немного вопросов:

3. Определите количество нейтронов, протонов и электронов в изотопе брома-81.

4. Определите число нейтронов в изотопе хлора-37.

Строение  электронной оболочки

Согласно квантовой модели строение атома Нильса Бора, электроны в атоме могут двигаться только по определенным (стационарным) орбитам, удаленным от ядра на определенное расстояние и характеризующиеся определенной энергией. Другое название стационарны орбит — электронные слои или энергетические уровни.

Электронные уровни можно обозначать цифрами — 1, 2, 3, …, n. Номер слоя увеличивается мере удаления его от ядра. Номер уровня соответствует главному квантовому числу n.

В одном слое электроны могут двигаться по разным траекториям. Траекторию орбиты характеризует электронный подуровень. Тип подуровня характеризует орбитальное квантовое число l = 0,1, 2, 3 …, либо соответствующие буквы — s, p, d, g и др.

В рамках одного подуровня (электронных орбиталей одного типа) возможны варианты расположения орбиталей в пространстве.

Чем сложнее геометрия орбиталей данного подуровня, тем больше вариантов их расположения в пространстве.

Общее число орбиталей подуровня данного типа l можно определить по формуле: 2l+1. На каждой орбитали может находиться не более двух электронов.

Тип орбиталиspdfg
Значение орбитального квантового числа l01234
Число атомных орбиталей данного типа 2l+113579
Максимальное количество электронов на орбиталях данного типа26101418

Получаем сводную таблицу:

Номер уровня, n

Подуро-веньЧисло

АО

Максимальное количество электронов
11s1  2
22s1    2
2p3  6

3

3s1  2
3p3  6
3d5 10

4

4s1   2
4p3    6
4d510
4f7

 14

Заполнение электронами энергетических орбиталей происходит согласно некоторым основным правилам. Давайте остановимся на них подробно.

Принцип Паули (запрет Паули): на одной атомной орбитали могут находиться не более двух электронов с противоположными спинами (спин — это квантовомеханическая характеристика движения электрона).

Правило Хунда. На атомных орбиталях с одинаковой энергией электроны располагаются по одному с параллельными спинами. Т.е.

орбитали одного подуровня заполняются так: сначала на каждую орбиталь распределяется по одному электрону.

Только когда во всех орбиталях данного подуровня распределено по одному электрону, занимаем орбитали вторыми электронами, с противоположными спинами.

Таким образом, сумма спиновых квантовых чисел таких электронов на одном энергетическом подуровне (оболочке) будет максимальной.

Например, заполнение 2р-орбитали тремя электронами будет происходить так: , а не так: 

Принцип минимума энергии. Электроны заполняют сначала орбитали с наименьшей энергией. Энергия атомной орбитали эквивалентна сумме главного и орбитального квантовых чисел: n + l. Если сумма одинаковая, то заполняется первой та орбиталь, у которой меньше главное квантовое число n.

АО1s2s2p3s3p3d4s4p4d4f5s5p5d5f5g
n122333444455555
l001012012301234
n + l123345456756789

Таким образом, энергетический ряд орбиталей выглядит так:

1s< 2s< 2 p< 3s< 3p< 4s< 3d< 4p< 5s< 4d< 5p< 6s< 4f~5d< 6p< 7s

Источник: https://chemege.ru/stroenie-atoma/

Мед-Центр Здоровье
Добавить комментарий